用于重配置IC架构的方法和装置.pdf

系统级芯片(1)形式的可重配置硬件架构，包括分别定义IC架构(15)的静态和可重配置部分的ASIC(19)和嵌入式FPGA(18)。输入的以太网或者其它形式的数据分组被应用至数据分组过滤器(14)，该数据分组过滤器(14)检测包括重配置数据的那些数据分组。重配置数据被用于更新FPGA(18)。

1、  一种用于重配置集成电路IC架构的方法，该IC架构具有静态部分和可重配置部分，所述方法包括下列步骤：
向IC架构发送重配置数据分组中包含的重配置数据；以及
应用重配置数据分组中包含的重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中重配置数据分组是以太网数据分组。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中重配置数据分组是IP数据分组。

4、  根据权利要求1、2或者3中所述的方法，包括在数据流中与非重配置数据分组一起发送重配置数据分组。

5、  根据前述任一项权利要求所述的方法，向重配置数据分组应用服务质量要求。

6、  根据前述任一项权利要求所述的方法，其中重配置数据仅被包含于重配置数据分组的有效负荷部分中。

7、  根据要求1至5中任一项权利要求所述的方法，其中重配置数据分组的报头包括指明它们是重配置数据分组的指示符。

8、  根据前述任一项权利要求所述的方法，其中IC架构的静态部分是ASIC。

9、  根据前述任一项权利要求所述的方法，其中IC架构的可重配置部分是FPGA。

10、  根据要求1至8中任一项权利要求所述的方法，其中IC架构的可重配置部分是NP。

11、  根据前述任一项权利要求所述的方法，其中可重配置部分被嵌入在静态部分中。

12、  根据权利要求11所述的方法，其中IC架构包括嵌入在ASIC中的FPGA。

13、  根据权利要求11所述的方法，其中IC架构包括嵌入在ASIC中的NP。

14、  根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的方法，其中可重配置部分位于静态部分的旁边。

15、  根据权利要求14所述的方法，其中IC架构包括位于ASIC旁边的FPGA。

16、  根据权利要求14所述的方法，其中IC架构包括位于ASIC旁边的NP。

17、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括系统级芯片，且IC架构被包括在系统级芯片内。

18、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括形成重配置数据分组的步骤，且每个数据分组包括用于标识IC架构的可重配置部分的信息以及与所标识的可重配置部分相关联的重配置数据。

19、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括广播包含重配置数据的重配置数据分组的步骤。

20、  根据权利要求19所述的方法，与广播重配置数据分组并行地，包括向要求重配置数据分组的重配置控制器发送重配置数据分组的步骤。

21、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括收集重配置数据分组并且在应用至IC架构的可重配置部分之前对重配置数据分组所包含的重配置数据进行排序的步骤。

22、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括对重配置数据分组进行编号，并且使用该编号以正确对重配置数据排序。

23、  根据前述任一项权利要求所述的方法，包括IC架构本身检测重配置数据到达并且使用该数据开始IC架构本身的更新。

24、  一种系统，包括：
IC架构，具有静态部分和可重配置部分；
数据分组过滤器，用于检测包括重配置数据的重配置数据分组；以及
重配置控制器，用于使用重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分。

25、  根据权利要求24所述的系统，其中数据分组过滤器过滤重配置以太网数据分组。

26、  根据权利要求24所述的系统，其中数据分组过滤器过滤重配置IP数据分组。

27、  根据权利要求24、25或者26所述的系统，其中静态部分是FPGA。

28、  根据权利要求24至27中任一项权利要求所述的系统，其中可重配置部分是FPGA。

29、  根据权利要求24至28中任一项权利要求所述的系统，其中可重配置部分被嵌入在静态部分中。

30、  根据权利要求24至28中任一项权利要求所述的系统，其中静态部分位于可重配置部分旁边。

31、  根据权利要求24至30中任一项权利要求所述的系统，其中该系统是系统级芯片。

32、  一种包括多个系统的网络，每个系统包括：IC架构，具有静态部分和可重配置部分；数据分组过滤器，用于检测包括重配置数据的重配置数据分组；以及重配置控制器，用于使用重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分，并且
该网络还包括用于形成重配置数据分组的装置；以及用于向各系统分发该重配置数据分组的分发器。

用于重配置IC架构的方法和装置
技术领域
本发明涉及到用于重配置集成电路(IC)架构的方法和装置，更具体地，涉及具有静态部分和可重配置部分的IC架构，例如嵌入在特定应用的集成电路(ASIC)中的现场可编程门阵列(FPGA)。
背景技术
现在有具有多种特性的不同类型的IC架构，这为设计者提供了选择以挑选最适用于特定用途的，例如，通讯系统中的信号处理。
ASIC具有许多的优点。ASIC通常以相对低的功率运行，并且，如果涉及到巨大的生产量，对于制造来说可以便宜。另外，由于它们相对低的能耗，减少了冷却要求，因此它们在系统中可以被密集使用。特别是当系统变得日益复杂和尖端，要求更多的处理能力时，这是重要的。尽管如此，不可能纠正或者更新一个已存在的ASIC。在发生错误的情况下，或者如果协议标准发生变化，则需要昂贵并且耗时的重置(respin)，以及电路包(circuit pack)的现场交换。对于运行在完善建立的标准和协议之下的设备，如果评估证明了原始配置的设计需要进行后续修改的风险很低的时候，制造者可以选择在系统中使用ASIC。对于在通讯系统中已建立的SDH/SONET特性来说，该风险是易管理的并且ASIC被广泛使用。
ASIC的一个备选是FPGA。由于FPGA可以在制造后被重配置，因此FPGA提供了增强的适应能力。尽管如此，相对于ASIC它们也具有显著的缺点，制造起来更贵并且消耗显著的更高的能量。由于不能提供足够的冷却，高功耗可能导致不能达到潜在的满容量(fullvolume capacity)。例如，典型的ASIC可能值200美元并且消耗4W，反之相等的FPGA可能值400美元并且消耗12W功率。网络处理器(NP)可以被用作FPGA的备选，但是它们的成本以及能耗通常比FPGA更高。
在标准化尚未完成或者可能改变的新兴技术或领域中，比如特定通讯领域中，制造者面临着在设备部署后不得不召回并且重新安装ASIC以适应变化的高风险。因此，制造者被迫使用较不满意的FPGA以达成所需的灵活性。
一种利用ASIC的优点以及FPGA的灵活性的提议是在IC架构中结合这两种类型。架构中最稳定的部分用ASIC实现，并且包括嵌入式FPGA以允许当要求变化或者可能存在错误的部件需要稍后修理时可以对架构的未完善定义的部分进行调整。当软件被更新时，FPGA可以通过下载指令并且安装来重新配置。
针对在光纤网络中使用的信号处理产品的另一个提议涉及到提供专用信道，当需要重配置时，通过该专用信道向FPGA传送重配置指令。建议使用光传输协议“OTN”(光传输网络)的开销(overhead)信道(参见ITU-T G.709.用于光传输网络的接口以及ITU-T G.789.光传输网络层级设备功能模块的特性)。本方法只能针对OTN系统使用并且要求OTN网络和至每个系统的专用OTN连接以传送重配置数据。其它类型的系统不能用本方法升级。即使向系统添加OTN接口，其可能是不现实的昂贵，还是需要现有的OTN网络以传输重配置数据。
用于在OTN系统中使用专用传输信道传输重配置数据的类似概念已经在Mateusz Majer的硕士论文中，“Evaluation of ReconfigurableArchitectures for Overhead Processing in Optical Transport Networks”，达姆施塔特技术大学，2003，以及Ashok-Kumar Chandra-Sekaran的硕士论文中“Reconfigurable RISC core based architecture for overheadprocessing in Optical Transport Network”，卡尔斯鲁厄大学，2004，予以阐述。
发明内容
依照本发明的一方面，用于重配置具有静态部分和可重配置部分的集成电路(IC)架构的方法包括向IC架构发送包含于重配置数据分组中的重配置数据。使用重配置数据分组中包含的重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分。该方法潜在地提供了强大的、灵活的并且便宜的方法，其可应用于基于不同技术的广泛系统上，并且不仅仅限于，例如，OTN系统。另外，通过单次操作远程重配置大量IC架构是可能的。
在依照本发明的方法中，重配置数据分组可以是，例如，以太网数据分组，因特网协议(IP)数据分组，或者ATM，UMTS，光纤信道中使用的数据分组格式或者一些其它格式或者协议，或者包括不同类型数据分组的组合。因此，格式可能涉及到例如第1层或者第2层通讯协议。在依照本发明的一个方法中，仅在数据分组的有效负荷部分内包含重配置数据。在另外一个方法中，重配置数据的一部分，例如数据分组包含重配置数据的标识符，被包括在数据分组中不是有效负荷部分的部分中。标准数据分组过滤器可能更容易访问数据分组报头，并且因此包括在数据分组报头中的指示符使得路由重配置数据分组至正确目的地更容易。例如，数据分组报头中保留的MAC(媒体访问控制)地址可以指示有效负荷是重配置数据。在另一个方法中，当代替地有效负荷中包括标识符时，可以使用VLAN标签，其位于数据分组有效负荷中特定字节处。
使用按照本发明的方法，在不打断发往包含IC架构的系统的其它数据情况下，例如，涉及到最终用户使用系统的数据，可以应用重配置指令以重配置IC架构。系统中的IC架构自身可以通过例如数据分组开销中的地址或者标签来检测重配置数据到达并且使用该数据开始对自身的更新。如果系统实现了服务质量(QoS)功能，重配置数据分组可以被标识为相对于不包括重配置数据的数据分组具有更低QoS要求，尽管依赖于应用其相对优先级可能不同。
在按照本发明的一种方法中，对于支持以太网或者基于SDH/SONET的以太网的系统来说，作为客户服务，由系统在常规运行情况下处理的以太网数据流总是也通过以太网和/或者SDH/SONET网络传送重配置数据至系统，以及系统中的IC架构本身的可重配置部分。
因此，在按照本发明的一个方法中，在可重配置系统级芯片设计中包括ASIC以及嵌入式FPGA，并且重配置数据在以太网数据流中传送。在具有以太网传送能力的网络中使用类似的系统级芯片，可以通过分发重配置数据作为以太网数据分组广播来更新网络中的全部芯片。依赖于保密要求，如果存在合适的连接，可以通过公众因特网分发类似的重配置数据。通过使用针对传送的虚拟私有网络(VPN)，或者一些其它合适的加密或者安全方法，比如数据加密标准(DES)，高级加密标准(AES)或者其它方法来确保数据保护。倘若网络被正确配置的话，网络自身的以太网传送/路由功能确保重配置数据被分发至网络中的所有系统。以太网传送能力通过大量安装的基站以及现有的公众连接被广泛的部署，例如，通过因特网。现有的很多设备包括以太网接口，以及通向因特网的或多或少受保护的连接，或者受限的内联网。可重配置芯片可以包括在具有这些属性的任意类型设备之中，并且通过经由现有以太网连接发送重配置数据作为以太网重配置数据分组流，可以开始更新。
IC架构可以包括其它类型的可重配置组件。例如，可以使用NP替换FPGA。同样地，本发明可以被用于可重配置硬件架构，其中可重配置部分被嵌入在静态部分中或者被包括于与静态部分相邻的单独块中，或者两种方法兼而有之。单芯片可以包括不同的可重配置部分，其针对独立更新可以分别寻址。
按照本发明的另一方面，一种系统包括IC架构，其具有静态部分和可重配置部分；数据分组过滤器，用于检测包括重配置数据的重配置数据分组；以及重配置控制器，用于使用重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分。
按照本发明的又一方面，一种包括多个系统的网络，每个系统包括：IC架构，具有静态部分和可重配置部分；数据分组过滤器，用于检测包括重配置数据的重配置数据分组；以及重配置控制器，用于使用重配置数据以重配置IC架构的可重配置部分。该网络还包括用于形成重配置数据分组的装置；以及用于向系统分发该重配置数据分组的分发器。
附图说明
现在将参照附图，通过仅仅举例的方式描述按照本发明的一些实施例和方法，其中：
图1示出了按照本发明的可重配置芯片架构的示意图；
图2示出了包括重配置数据的以太网数据分组的示意图示；
图3示出了包括图1中系统的网络示意图；
图4示出了按照本发明的另一个可重配置芯片架构的示意图；
图5示出了包括重配置数据的IP数据分组的示意图；
图6示出了包括重配置数据的SONET STS-1数据帧的示意图；
图7示出了包括重配置数据的SDH STM-1数据帧的示意图；
图8示出了包括重配置数据的G.709 OTN数据帧的示意图。
具体实施方式
如图1所示，系统级芯片1具有输入2，其是针对以太网的标准物理接口，被同时用于输入和输出，其转化模拟以太网信号至数字比特流并且反之亦然。客户和可重配置以太网数据分组被应用至输入2。
图2给出了包括重配置数据的重配置以太网数据分组3的例子。数据分组3具有类型II以太网数据帧格式，并且包括具有目的MAC(媒体访问控制)地址4、源MAC地址5、以太网类型6、有效负荷7以及用于检查数据完整性和正确性的CRC校验和8的区域。目的MAC地址4标识该数据分组包含重配置数据。
有效负荷7包括重配置数据，如9所示。它具有重配置数据报头10、重配置设备地址11、重配置数据分组号12以及重配置数据部分13。数据分组报头包括QoS信息，在本实施例中其指示重配置数据分组具有低于客户数据分组的优先级。重配置设备地址11标识了重配置数据将要更新的可重配置部分。备选地，例如，重配置设备地址11被用于标识数据分组为重配置数据分组。
重配置数据分组号12被用于标识构成指令集的数据分组的顺序。重配置数据部分13是应用于IC架构的重配置部分以更新的数据。
数据分组被应用于数据分组过滤器14，其检查每个进来的数据分组并且通过检测在4处的数据分组报头中的目的MAC地址以确定其是正常数据分组还是包括重配置数据的数据分组。正常数据分组被转发至系统1包括的IC架构15中的数据分组处理功能。每个重配置数据分组被并行地发送给重配置数据存储器16，并且也向IC架构15中的数据处理功能发送广播，以供向前传送之用。因为需要向网络中的其它系统传送重配置数据分组，并且因此它们不能在本系统1中终结，所以需要广播。
重配置数据存储器16收集所有由数据分组过滤器14发送的重配置数据分组。由于以太网传送的特性，数据分组可能不是以正确的顺序到达的，并且相同的数据分组可能被多次接收到。数据存储器16提供足够的空间以将数据按正确顺序排序，并标识和丢弃重复的数据分组。重配置控制器17从数据分组有效负荷中提取包括FPGA编程地址和校验和在内的重配置数据。重配置控制器17通过FPGA地址和数据大小检查该数据是否完整，并且通过校验和检查其是否正确。一旦该数据是完整的，重配置控制器17依照FPGA供应商定义的过程开始对IC架构15的可重配置部分(嵌入式FPGA18)进行重编程。IC架构15也包括静态部分，ASIC 19。ASIC 19包含芯片功能的“稳定”部分，例如，第2层/第3层信号处理。
然后广播重配置数据分组和客户数据分组从系统2的输出20处输出。
图1所示系统是图3所示网络26中包括的多个系统1、21至25中的一个。一些系统包括与图1中系统1包括的FPGA相同的FPGA并且也需要重编程。网络也包括重配置数据分组创建器27，在其上重配置数据被形成以太网数据分组，以及分发器28，其用于向包含受影响的FPGA的系统1、21至25分发重配置数据分组，然后以与图1中系统1所述类似的方式更新它们。
如图4所示，系统级芯片29类似于图1所示，除了在该情形中，IC架构30包括用于实现架构的静态部分的ASIC 31以及在同一个芯片上的连接至ASIC 31并且位于其侧的NP 32。在本方法中，重配置数据被作为IP数据分组发送，其中一个在图5中示意性示出。在备选中，NP 32可以被FPGA所代替。
包括重配置数据的其它类型的数据分组格式在图6、7和8中示出，其分别示出了SONET STS-1数据帧，SDH STM-1数据帧以及G.709OTN数据帧。在每种情况中，重配置数据被包括在由虚线33指示的区域内。例如，依照本发明，可以在与图1所示类似的系统中使用任意这些格式。可以在按照本发明的方法和装置中使用其它未特别说明的格式。
在不背离本发明的精神或者实质特征的情况下，本发明可以以其它特定形式体现，并且通过其它方法实现。本文说明的实施例及方法应被认为仅作说明性而非限制性之用。因此本发明的范围由附加权利要求而不是由前述所指示。在权利要求等价物的意义和范围内做出的所有改变都被包含在权利要求的范围内。